electrohisterografia dinÂmica intra-parto · efeito foi construído um protótipo de um aparelho...
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UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR
FACULDADE DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
ELECTROHISTEROGRAFIA DINÂMICA INTRA-PARTO
CONTRIBUIÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO
DISSERTAÇÃO DO MESTRADO INTEGRADO EM MEDICINA
ANDRÉ VIVEIROS MONTEIRO
COVILHÃ, MAIO DE 2010
ii
UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR
FACULDADE DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
Trabalho de Investigação do Mestrado Integrado em Medicina, pela
Faculdade de Ciências de Saúde da Universidade da Beira Interior,
apresentado para obtenção do grau de Mestre.
Realização: André Viveiros Monteiro
Orientação: Professor Doutor José Martinez de Oliveira
Médico, especialista em Ginecologia-Obstetrícia
Professor Catedrático na Faculdade de Ciências da Saúde da Universidade da
Beira Interior
Director do Departamento de Saúde da Criança e da Mulher do
Centro Hospitalar Cova da Beira Beira, EPE
iii
UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR
FACULDADE DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
DECLARAÇÃO
Eu, André Viveiros Monteiro, declaro por minha honra que este trabalho
de investigação denominado “Electrohisterografia Dinâmica Intraparto –
Contribuição para o Desenvolvimento de um Protótipo” é o resultado da minha
investigação pessoal e independente, ainda que integrado numa equipe, sendo
o seu conteúdo original e todas as fontes consultadas devidamente
mencionadas no texto, nas notas e na bibliografia.
Declaro que a obtenção dos dados clínicos em estudo foi realizada após
aprovação do Conselho de Administração, da Comissão de Ética e do Director
do Departamento de Saúde da Criança e da Mulher do Centro Hospitalar Cova
da Beira, EPE.
Declaro ainda que esta dissertação não foi enviada a nenhuma outra
instituição, nem está a ser apresentada para obtenção de um outro qualquer
grau para além daquele a que diz respeito.
O candidato,
______________________________________________
Covilhã, Maio de 2010
iv
UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR
FACULDADE DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
DECLARAÇÃO
Eu, José Martinez de Oliveira, declaro por minha honra que pelo
acompanhamento da evolução do projecto, esta tese é o resultado do
envolvimento pessoal e independente do candidato que está apto para
defender o seu trabalho de investigação em provas públicas.
O orientador,
______________________________________________
Covilhã, Maio de 2010
v
PENSAMENTO
"O sucesso nunca é definitivo e o fracasso nunca é fatal. É a coragem que conta."
George F. Tiltonood
vi
AGRADECIMENTOS
O meu obrigado especial:
- Ao Professor Doutor José Martinez de Oliveira, que me propôs este
desafio, e com quem tive o privilégio de beneficiar de todo o acompanhamento
e saber desde o ínicio, tornando possível o desenho metodológico e o
desenvolvimento desta investigação. Obrigado pela disponibilidade e apoio
com que sempre me acolheu e orientou;
- Ao Professor Luiz Pereira, Professor Auxiliar do Departamento de Física da
Universidade de Aveiro, cujo contributo foi, sem dúvida, indispensável à
concretização deste projecto. Assumiu toda a parte técnica inerente à
construção do aparelho e acabou por assumir a função de co-orientador apesar
de, no inicio não ter sido previsto como tal. Pela partilha da génese e do
amadurecimento desta ideia, pela sua disponibilidade e simpatia constantes,
pela dedicação na resolução de todos os contratempos e por toda a apreciação
e sugestões feitas ao trabalho, o meu sincero obrigado;
- Ao Professor Pedro Araújo, Professor Auxiliar do Departamento de
Informática da Universidade da Beira Interior, pela partilha do conhecimento
inerente à questão dos eléctrodos têxteis e da sua experiência na colheita de
sinais;
- Aos meus amigos, em particular, Emanuel Cabral e Marco Pimentel, ambos
engenheiros, que deram uma preciosa ajuda na compreensão de muitos dos
termos da linguagem electrónica e informática necessários à parte técnica do
desenvolvimento deste projecto;
- À minha namorada e família pelo apoio incondicional.
vii
RESUMO
O objecto do presente trabalho é a avaliação da actividade muscular
uterina na gravidez, nomeadamente durante o trabalho de parto, através do
estudo de sinais bioeléctricos do útero e do coração materno e fetal. Para o
efeito foi construído um protótipo de um aparelho de monitorização não
invasiva, o Electrohisterógrafo dinâmico (dEHG), que se destina a caracterizar
não só a amplitude e a duração das contracções uterinas como a sua
progressão permitindo uma melhor compreensão da fisiologia e fisiopatologia
do trabalho de parto e da consequente resposta adaptativa fetal e materna.
Palavras-chave: Electrohisterograma, Electrohisterógrafo Dinâmico, Trabalho
de Parto, Sinal Bioeléctrico, Contracção Uterina.
viii
ABSTRACT
The objective of this study is to evaluate uterine muscle activity during
pregnancy, primarily during labour and delivery, by studying the bioelectric
signals transmitted by the uterus as well as the maternal and fetal heart. For
this purpose, a prototype of a non-invasive monitoring device was built entitled
the dynamic Electrohysterogram (dEHG). With this device, one should be able
to characterize not only the amplitude and duration of uterine contractions but
also their progression, allowing for a better understanding of the physiology and
pathophysiology of labour work and consequently the fetal and maternal
adaptive response.
Keywords: Electrohysterogram, Dinamic Electrohysterogram, Labour Work,
Bioelectric Signal, Uterine Contraction.
ix
ÍNDICE
DECLARAÇÃO DO ALUNO ..................................................................... iii
DECLARAÇÃO DO ORIENTADOR ............................................................. iv
PENSAMENTO ...................................................................................... v
AGRADECIMENTOS ............................................................................... vi
RESUMO.............................................................................................. vii
ABSTRACT .......................................................................................... viii
ÍNDICE ................................................................................................. ix
ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................... xi
ABREVIATURAS E SIGLAS UTILIZADAS ................................................... xii
INTRODUÇÃO ....................................................................................... 1
OBJECTIVOS ........................................................................................ 6
DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO
O ELECTROHISTERÓGRAFO IDEAL ......................................... 7
CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO
REUNIÃO DO MATERIAL ............................................... 10
AMPLIFICAÇÃO E FILTRAGEM DO SINAL ......................... 16
PROGRAMAÇÃO DO MICROCONTROLADOR .................... 18
CRIAÇÃO DA INTERFACE ENTRE O MICROCONTROLADOR
E O COMPUTADOR ...................................................... 19
CRIAÇÃO DO PROGRAMA NO COMPUTADOR .................. 19
CONSTRUÇÃO DA PLACA FINAL DO CIRCUITO ................ 20
x
REVESTIMENTO DO APARELHO .................................... 21
DIFICULDADES NO PROCESSO DE CONSTRUÇÃO ...................... 22
APLICAÇÃO EXPERIMENTAL ................................................... 23
RESULTADOS ...................................................................................... 26
CONCLUSÃO ........................................................................................ 29
SUGESTÕES FUTURAS .......................................................................... 34
CONTRIBUTO PESSOAL AO PROJECTO ................................................... 36
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 38
ANEXOS .............................................................................................. 41
xi
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. Aplicação do SureCALL™ EMG LABOR MONITOR ............. 5
FIGURA 2. Padrão gráfico típico do sinal bioeléctrico do EHG e da
Cardiotocografia .................................................................................... 9
FIGURA 3. Amplificador LM324 ............................................................... 11
FIGURA 4. Microcontrolador PIC18F4620 ............................................... 12
FIGURA 5. Teclado de 16 teclas .............................................................. 13
FIGURA 6. Esquema do teclado de 16 tecla ........................................... 13
FIGURA 7. Ecrã digital ............................................................................. 14
FIGURA 8. Eléctrodo ................................................................................ 14
FIGURA 9. Descodificador MAX232 ........................................................ 15
FIGURA 10. Opto-acoplador .................................................................... 15
FIGURA 11. Placa de circuito impresso ................................................... 16
FIGURA 12. Fluxograma demonstrativo do funcionamento do
microcontrolador do EHG ...................................................................... 18
FIGURA 13. Conexão de todos os módulos ............................................ 20
FIGURA 14. Esquema ilustrativo do posicionamento dos
eléctrodos .............................................................................................. 24
FIGURA 15. dEHGrafo final, vista superior .............................................. 26
FIGURA 16. dEHGrafo final, vista anterior ............................................... 26
FIGURA 17. dEHGrafo final, vista posterior ............................................. 27
FIGURA 18. Conexão do dEHGrafo final ao computador portátil ............ 27
xii
ABREVIATURAS E SIGLAS UTILIZADAS
(POR ORDEM ALFABÉTICA)
dEHG – Electrohisterograma dinâmico
dEHGrafo – Electrohisterógrafo dinâmico
EHG – Electrohisterograma
Hz – Hertz
i3N – Instituto de Nanoestruturas, Nanomodelação e de Nanofabricação
LEDs – Indicadores de aviso luminoso
µV – Microvolt
mV – Milivolt
ns – Nanosegundos
RC – Circuito com Resistência e Condensador
UA – Universidade de Aveiro
UBI – Universidade da Beira Interior
V – Volt
INTRODUÇÃO
Ainda permanecem sem resposta muitas perguntas acerca do
funcionamento do útero humano, em particular, enquanto órgão capaz de levar
a cabo o acto organizado de se contrair de forma sincronizada para expelir um
novo ser. Se não percebermos como funciona é óbvio que não conseguiremos
intervir ou prevenir quando, por vezes com consequências trágicas, o útero não
executa adequadamente a sua função e a criança nasce prematuramente ou
em condições desfavoráveis.
O trabalho de parto continua a ser diagnosticado clinicamente. Os
métodos utilizados ou são subjectivos ou não proporcionam uma diferenciação
fidedigna entre o trabalho de parto verdadeiro e o falso. (1) Além disso, como
são baseados essencialmente na monitorização da frequência das contracções
e no exame cervical não detectam quando a parturiente transita do estado
preliminar ou latente para o trabalho de parto activo. Os métodos existentes
são a monitorização da pressão intra-uterina, a cardiotocografia, o toque genital
e a ecografia endovaginal. (2) Duma forma esquemática na prática a
monitorização no trabalho de parto pode ser, assim, definida:
- os métodos têm uma importante, embora variável, componente subjectiva;
- em geral são ou desconfortáveis e/ou imprecisos e fornecem pouca
informação sobre a actividade contráctil uterina em diferentes localizações do
útero;
- os que realizam registo das contracções uterinas, não objectivam a sua
sincronização e coerência;
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- nenhum método actual foi usado com sucesso para prever ou identificar o
parto pré-termo e efectivamente prevenir a prematuridade;
- os cateteres de pressão intra-uterina proporcionam a informação mais fiável
porém têm uso limitado por constituírem técnica invasiva com todas as suas
consequências.
De todos as abordagens referidas, a cardiotocografia externa é a técnica
mais amplamente utilizada, dir-se-ia universal e obrigatória, pelo menos em
situações de risco acrescido. Trata-se da monitorização com tocodinamómetro
que usa a frequência das contracções uterinas como parâmetro materno único
para avaliar a dinâmica do trabalho de parto. É um método simples, não
invasivo e sem qualquer risco para a mãe e para o feto resultando daí
provavelmente a sua utilização massiva. No entanto, é um dispositivo cuja
capacidade semiológica é afectada significativamente por variáveis como o
posicionamento do dispositivo, a quantidade de gordura subcutânea e a
pressão de ajuste que afectam a monitorização das contracções uterinas.
Também o não fornecimento de informação sobre parâmetros como a força e a
eficiência das contracções fez com que desde a sua implementação os
tratamentos de parto pré-termo não sofressem qualquer alteração. É, por isso,
uma técnica útil para acompanhar a progressão do trabalho de parto mas não
para detectar o seu ínicio nem avaliar parâmetros ligados à sua eficiência.
(1,2,12)
Com o intuito de suplantar a carência de informação existente nesta área
surge então a Electrohisterografia, técnica de monitorização transabdominal,
não invasiva e de cariz diagnóstico que, como outras similares –
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electrocardiografia, electromiografia, electroencefalografia – assenta no registo
de sinais bioeléctricos. (3,5,7) Sendo o útero um órgão contráctil constituído por
fascículos de músculo liso, foi provado que, tal como em outros órgãos que
contêm este tipo de músculo (o intestino ou a bexiga), possui actividade
electromecânica representativa da sua função contráctil que se apresenta
como picos de actividade rápida ou potenciais de acção. São estes que vão
constituir as descargas eléctricas espontâneas no músculo liso uterino e
originar a actividade contráctil. Um único potencial de acção pode iniciar a
contracção mas são necessários potenciais de acção múltiplos e coordenados
para contracções fortes e mantidas características da fase expulsora do
trabalho de parto. Sabe-se hoje, pelos trabalhos preliminares neste campo, que
a frequência, a duração e a magnitude de cada contracção uterina é
proporcional às respectivas dos potenciais de acção ao longo do útero e do
recrutamento de células musculares. (18-20) Assim, esta técnica utiliza um
dispositivo – o Electrohisterógrafo (EHGrafo) – que, através de eléctrodos
estrategicamente posicionados na parede abdominal materna, permite o registo
e a análise das contracções do músculo liso uterino por intermédio das
alterações dos potenciais de acção das células do miométrio.
Esta caracterização da actividade contráctil uterina utiliza eléctrodos
bipolares e tecnologia de amplificação, filtração e de processamento
computacional (1-5). O EHGrafo dinâmico ao integrar temporalmente a
informação recolhida, permite avaliar o grau de coordenação motora uterina.
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Vários estudos baseados em electromiografia de superfície foram
desenvolvidos nos últimos 60 anos para monitorizar a contractilidade uterina.
(6,7,9,11)
Em 1931 Bode (11) aplicou eléctrodos de metal no abdómen de uma
paciente em trabalho de parto efectuando o respectivo registo.
Só em 1950 Steer e Hertsch (11) propuseram o termo electrohisterografia
demonstrando que a actividade contráctil do útero se expressa por uma onda
eléctrica sinusoidal que aparece e desaparece com as contracções uterinas.
Em todos estes estudos iniciais, apesar da actividade eléctrica uterina
ter sido descrita, a informação acerca da amplitude, duração e frequência das
contracções uterinas não foi suficiente para precisar a sua evolução temporal
exacta e relacioná-la com os parâmetros electrofisiológicos. Para este cenário
contribuíram especificamente dois factores. O primeiro foi o facto da amplitude
dos sinais bioeléctricos ser atenuada pelos numerosos ruídos de maior energia
da parede abdominal (estiramento da pele e movimentos respiratórios). O
segundo resultou do desenvolvimento da tocografia externa e a sua aplicação
em larga escala pelo facto de ser uma técnica de monitorização simples e não
invasiva. (12)
No entanto, vários grupos de trabalho em todo o mundo relançaram a
aposta no estudo da actividade eléctrica uterina na previsão e monitorização do
trabalho de parto, essencialmente através do desenvolvimento de sistemas de
filtração de ruídos mais sofisticados e capazes de melhorar a qualidade de
caracterização do sinal bioeléctrico do útero. Um dos dispositivos, lançado em
2006, validado, patenteado e já em comercialização é o SureCALL™ EMG
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LABOR MONITOR (figura 1) desenvolvido pela Universidade do Texas que
através de 4 eléctrodos abdominais analisa o padrão eléctrico produzido no
útero, amplificando-o e filtrando-o de outros ruídos eléctricos e representando-o
graficamente num computador. (14)
Figura 1 – Aplicação do SureCALL™ EMG LABOR MONITOR. Fonte: (14).
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OBJECTIVOS
O desenvolvimento deste trabalho surge na tentativa de compreender o
que a actividade eléctrica do útero pode dizer-nos sobre o parto prematuro mas
também para perceber melhor como o útero funciona a termo. Não sendo nova
esta ideia de usar a actividade eléctrica uterina detectada externamente,
pretende-se neste trabalho a construção de um protótipo de EHGrafo dinâmico
(dEHGrafo) que permita mapear a propagação dos sinais eléctricos e investigar
a auto organização das contracções utilizando não apenas um ou dois pontos
isolados mas sim uma matriz de eléctrodos. Adicionalmente a este estudo da
difusão eléctrica de ondas pretende-se também integrar o dinamismo das
contracções uterinas com o sinal eléctrico dos batimentos cardíacos maternos
e fetais.
O grande objectivo é, assim, criar um recurso que permita atingir uma
percepção muito mais completa da organização e operação do útero quando a
gravidez atinge o seu termo.
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DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO
Para o desenvolvimento deste projecto, o plano de trabalhos utilizado
passou, numa primeira fase, pelo estudo das características desejáveis e suas
condicionantes em vista ao desenho e construção do dEHGgrafo na
perspectiva do seu posterior ensaio de aferição e validação, uma vez analisada
a sua aplicação experimental.
1. O ELECTRO-HISTERÓGRAFO IDEAL
A satisfação dos objectivos propostos para o dEHGgrafo, isto é, a avaliação
e o estudo da actividade bioeléctrica do útero, da mãe e do feto, exige a
construção de um instrumento que, além de captar o respectivo sinal, seja
capaz de processá-lo num programa computacional e construir um registo
gráfico passível de ser interpretado e útil assistencialmente.
Hoje sabe-se que a amplitude dos potenciais de acção do músculo uterino
registados externamente no abdómen está compreendida entre os 10 e os 500
µV e é cerca de cinco vezes menor que a obtida por eléctrodos intra-uterinos
(13). Torna-se, assim, imprescindível tornar o dEHGrafo apto a captar a baixa
voltagem emitida por este tipo de sinais amplificando-os de modo a poderem
ser processados.
Outro dos aspectos que dificultam a análise e a monitorização dos sinais
bioeléctricos é a presença comum da forte interferência quer por outros ruídos
electromagnéticos – actividade cardíaca materna e fetal – quer por factores
como movimento, compressão abdominal e a distância entre os eléctrodos.
Será, então, necessário que o dEHGgrafo disponha de um método de filtragem
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que assegure a qualidade da caracterização do sinal uterino captado, e
aproveite os de origem cardíaca para a sua integração funcional.
Uma vez que se pretende um EHGrafo dinâmico, isto é, perceber a
dinâmica de cada contracção uterina, o dEHGgrafo deverá dispôr de fontes de
captação do sinal eléctrico distribuídas estrategicamente no abdómen da
grávida. Serão, assim, necessários 5 eléctrodos abdominais posicionados de
forma a captarem a actividade contráctil do útero.
Sendo também um dos objectivos a compreensão da resposta
adaptativa materna e fetal às mudanças na actividade contráctil uterina durante
o parto, o dEHGgrafo deverá dispôr de 2 eléctrodos adicionais aptos a
captarem o sinal eléctrico da função cardíaca materna e fetal. Um oitavo
eléctrodo, considerado neutro, necessitará de ser posicionado numa região
pobre electricamente para servir de referência.
Com este sistema de eléctrodos como porta de entrada do sinal captado,
pretende-se que o dEHGgrafo seja capaz de efectuar uma monitorização
contínua do mesmo, em tempo real, com a possibilidade de selecção no
próprio aparelho de qual ou quais os eléctrodos cujo sinal se deseja captar. É,
por isso, indispensável um programa que converta a informação recebida num
registo gráfico, em computador, no qual o sinal proveniente dos 7 eléctrodos é
exibido simultaneamente com a quantificação das variáveis tempo e voltagem.
O padrão primário típico do sinal do EHG (figura 2) é constituído por ondas
lentas e ondas rápidas. A onda lenta pode ser considerada como uma curva de
contracção que correspondente à que é usualmente fornecida pela tocografia.
Tem um significado essencial para a análise clássica da actividade contráctil.
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Por outro lado, a onda rápida segue-se à mudança instantânea de amplitude
dos potenciais de acção e admite-se que descreva as propriedades
electrofisiológicas do músculo uterino (10,12).
Figura 2 – Padrão gráfico típico do sinal bioeléctrico do EHG e da Cardiotocografia. Fonte: (10).
Apesar do protótipo desenvolvido neste trabalho ser uma versão inicial
de um EHGrafo definitivo e melhorado, o equipamento desejado deverá ser
também fácil de transportar e com um revestimento protector e resistente.
Por fim, sendo um sistema eléctrico, a possibilidade de uma eventual
descarga eléctrica deverá ser sempre prevenida sendo imprescindível a
garantia da total segurança para a mãe e para o feto em caso de um curto-
circuito do sistema.
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2. CONSTRUÇÃO DO PROTÓTIPO
Com base nos requisitos anteriormente definidos foi desenhado e
construído um protótipo. Esta fase desenvolveu-se fundamentalmente no
Departamento de Física da Universidade de Aveiro (UA), nomeadamente no
pólo de Aveiro do Instituto de Nanoestruturas, Nanomodelação e de
Nanofabricação (i3N), pelo Professor Luiz Pereira.
As várias etapas até à conclusão do protótipo final foram:
2.1 Reunião do material
2.2 Amplificação e filtragem do sinal
2.3 Programação do microprocessador
2.4 Criação da interface entre o microcontrolador e o computador
2.5 Criação do programa no computador
2.6 Construção da placa final do circuito
2.7 Revestimento do aparelho
2.1 Reunião do material
O material necessário para a construção do dEHGrafo, a seguir
descriminado, foi disponibilizado pelo Departamento de Física da UA:
Oito amplificadores: estes componentes destinam-se, tal como o nome
indica, a aumentar a intensidade do sinal captado por cada um dos 8
eléctrodos. O modelo utilizado foi o LM324 (figura 3), que consiste num
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chip com quatro amplificadores. Foram utilizados 2 chips sendo o sinal
de cada eléctrodo amplificado por 1 amplificador.
Figura 3 – Amplificador LM324.
Um microcontrolador: trata-se do sistema principal do equipamento
que é programado com um firmware para a realização de funções
específicas, neste caso, de captação e processamento do sinal
bioeléctrico uterino.
Para o dEHGrafo foi utilizado um microcontrolador desenvolvido pela
Microchip Technology® – o PIC18F4620 – que, além dos componentes
lógicos e aritméticos usuais de um microprocessador de uso geral,
integra elementos adicionais em sua estrutura interna, como memória de
leitura e escrita para armazenamento de dados, memória somente de
leitura para armazenamento de programas, interfaces de entrada e
saída de dados e um conversor de linguagem analógica para digital de
10 bits (ADC -“Analog to Digital Converter”). Este conversor tem como
função permitir a tradução da linguagem binária, específica de qualquer
sistema computorizado, para uma outra decimal passível de ser
interpretada. O microcontrolador tem 64K de memória flash para o
firmware e no presente equipamento é programado para funcionar com
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32 MHz de frequência de relógio interno, isto é, processa uma instrução
em cerca de 31 ns.
Podendo ser visto como o núcleo do equipamento, o
microcontrolador irá interligar esta informação traduzida com todos os
outros constituintes do sistema, nomeadamente a transmissão de dados
para análise pelo software de computador, o display para a informação,
o teclado e os indicadores de aviso (LEDs e indicador sonoro).
O PIC18F4620 garante, assim, a gestão de todo o sistema, (figura 4).
Figura 4 – Microcontrolador PIC18F4620.
Um teclado: com uma capacidade de 16 teclas que permite o controlo
do funcionamento do dEHGrafo através da introdução de instruções
como ligar e desligar o aparelho, escolha do(s) eléctrodo(s) cujo sinal
está a ser captado, o intervalo de tempo de aquisição do sinal, o tempo
total de aquisição do sinal e o apagamento dos dados (figura 5 e 6).
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Figura 5 – Teclado de 16 teclas. Figura 6 – Esquema do teclado de 16 teclas.
As funções de cada tecla são as seguintes:
START/STOP: inicia ou finaliza a aquisição de dados;
PRG: selecciona um programa específico de aquisição de dados;
COMM: configura a comunicação com o computador;
RESET: reset do sistema (software);
0-9: teclas para a introdução de dados numéricos;
CLS: correcção da introdução de dados;
ENTER: confirmação da introdução de dados.
Um ecrã digital (GLCD – graphics display): com uma resolução de
128x64 pixéis, indica o estado de funcionamento do aparelho. Permite a
visualização de qualquer instrução introduzida pelo teclado (figura 7).
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Figura 7 – Ecrã digital.
Oito eléctrodos: são os terminais utilizados para estabelecer a conexão
do sinal eléctrico captado da parturiente com o circuito electrónico do
aparelho. O modelo utilizado é o mesmo da electrocardiografia, o Red
Dot™ , fabricado pela 3M™ que tem 6 cm de diâmetro (figura 8).
Figura 8 – Eléctrodo.
Oito cabos de interligação: são as vias que estabelecem a
comunicação dos eléctrodos com o dEHGrafo transmitindo o sinal
eléctrico captado.
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Uma fonte de alimentação: é a fonte de autonomia energética do
dEHGrafo constituída por um conjunto de quatro pilhas de 1.5 V (total de
6 V) controlada por um regulador de potencial de +5V (L7805CV).
Um descodificador MAX232: dispositivo que assegura a comunicação
dos sinais eléctricos captados e incorporados pelo microcontrolador com
o computador, (figura 9).
Figura 9 – Descodificador MAX232.
Opto-acopladores: são circuitos integrados para isolamento eléctrico do
sinal captado sendo convertidos pelo microcontrolador. Protegem a
paciente de uma eventual descarga eléctrica. No aparelho presente
foram usados os 4N33, (figura 10).
Figura 10 – Opto-acoplador.
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Uma placa de circuito impresso: é uma placa de dupla face com a
junção de todos os componentes mencionados (figura 11).
Figura 11 – Placa de circuito impresso.
2.2 Amplificação e filtragem do sinal
Uma vez listado e reunido todo o material necessário, o passo seguinte
consistiu na implementação das condições indispensáveis para uma adequada
captação do sinal pretendido. Sendo a voltagem do sinal eléctrico das
contracções uterinas (10-500 µV) menor que a voltagem mínima capaz de ser
processada pelo microcontrolador (4.8 mV) foi necessário proporcionar um
modo de aumentar a amplitude do sinal eléctrico captado. A integração no
Microcontrolador PIC18F4620
Descodificador MAX232
Amplificadores Reguladorpotencial
Fonte de alimentaçãocomutada
Ligações do ecrãdigital
Ligaçõesdo teclado
Ligaçõespara RESET
LEDs: power e status
Opto-acopladores
Ligação da comunicação ao
computador
Ligação dos eléctrodos
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sistema do sinal captado foi, então, conseguida com uma amplificação na
ordem das 10 000 vezes, o que se conseguiu com a inclusão dos oito
amplificadores que intervêm sobre o sinal captado por cada eléctrodo.
A interferência do sinal eléctrico captado em cada uma das 8 fontes foi um
aspecto que teve de ser considerado. Factores como a simples compressão da
parede abdominal, bem como vários outros ruídos electromagnéticos podem
distorcer o sinal bioeléctrico pretendido. Também nos eléctrodos abdominais,
dada a sua relativa proximidade, o sinal captado num eléctrodo pode interferir
com a captação dos eléctrodos adjacentes distorcendo-o.
Para melhorar a qualidade da caracterização do sinal em cada uma das
fontes foi utilizada a frequência do mesmo para impedir a interferência do sinal
com maior frequência no sinal com menor frequência e vice-versa. Deste
modo, foram implementados dois tipos de filtros:
- Filtro de “baixa frequência”: localizado em cada um dos eléctrodos
abdominais, este filtro capta apenas o sinal compreendido no intervalo de
frequências entre 0,34 e 1 Hz, isto é o sinal específico das contracções
uterinas, impedindo a captação de qualquer outro sinal com frequências
superiores como o sinal da função cardíaca materna.
- Filtro de “alta frequência”: localizado no eléctrodo do
electrocardiograma materno, este filtro, ao invés do anterior, capta apenas o
sinal compreendido no intervalo de frequências entre 10 e 40 Hz, isto é, o sinal
da função cardíaca materna impedindo a captação de qualquer sinal com
frequências inferiores como o sinal das contracções uterinas.
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Os filtros tipicamente em circuito RC (circuito com dois elementos
resistência e condensador) são implementados à entrada dos amplificadores.
2.3 Programação do microcontrolador
Para a execução da função específica do microcontrolador, isto é, integrar a
informação captada, fazendo-a interagir, de modo adequado, com todos os
outros componentes passivos do sistema, foi necessário criar um programa em
C, denominado de firmware, cujo funcionamento se explica no seguinte
fluxograma (figura 12):
Figura 12 – Fluxograma demonstrativo do funcionamento do microcontrolador do EHG.
Power ON
Start Main
System
1) Load internal memory data
2) GLCD ON
3) Keyboard ON
4) ADC systems ON
5) RS232 system ON
START READY
Amplifyers ON
Normal Run ?Manual
Mode
Input program
parameters from
keyboard Start program
a) read ADC’s
b) send data to
RS232 port
END
New program?Finished
1) Write internal memory data
2) Disable ADC power
3) Disable sub-systems
4) Main system idle
ADC’s OK ?
Continue
STOP
1) Error report
2) Disable system
DIRECT ACCESS
1) Direct ADC control
2) Test sub-system
END
Continue ?
Power OFFRe-start ?RESET
Main system
checking
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ANDRÉ VIVEIROS MONTEIRO
2.4 Criação da interface entre o microcontrolador e o
computador
Para o envio dos dados captados para o computador e posterior
processamento foi necessário o uso de um descodificador, nomeadamente o
MAX232 produzido pela MaximEste®. É um circuito electrónico que utiliza duas
porta séries para mandar bit a bit a informação do sinal eléctrico em forma
digital depois de convertido do sinal analógico capturado por cada eléctrodo.
2.5 Criação do programa no computador
Conseguida toda esta fase inicial – aquisição, amplificação, filtração,
conversão e comunicação do sinal eléctrico captado ao computador – foi
necessário desenvolver um programa operacional de software capaz de
processar os dados recebidos. Este, programado em C++, traduz graficamente
a informação recebida em tempo real armazenando os dados numéricos num
ficheiro do tipo Notepad.
O gráfico criado apresenta duas variáveis nomeadamente o tempo, em
milissegundos, e a voltagem em volts. Cada fonte de registo apresenta uma
representação gráfica independente, com uma cor diferente, sendo possível
seleccionar o(s) eléctrodo(s) em específico cujo sinal irá ser registado, para
uma visualização individualizada.
Este programa permite igualmente interromper o registo gráfico de qualquer
uma das fontes, por exemplo aquando da detecção de um sinal anómalo,
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ampliar o registo desse mesmo sinal e de seguida retomar a exibição do registo
prévio a partir do momento exacto onde foi interrompido.
2.6 Construção da placa final do circuito
Após a disponibilidade e formatação de todos os materiais necessários,
inclusive a programação do microcontrolador e do software do computador,
procedeu-se à reunião de todos os componentes numa placa de circuito
impresso adaptada para o efeito. Esta foi conectada ao teclado, ao ecrã digital,
aos eléctrodos, à fonte de alimentação e ao computador sendo o aspecto final
o seguinte (figura 13):
Figura 13 – Conexão de todos os módulos.
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2.7 Revestimento do aparelho
Após a obtenção da interligação de todos os componentes, o conjunto foi
posteriormente integrado numa caixa metálica a fim de garantir não só a
protecção de todo o sistema incluindo a blindagem eléctrica, como também
evitar a eventual desagregação ou danificação de algum dos módulos.
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3. DIFICULDADES DO PROCESSO DE CONSTRUÇÃO
Apesar de outros aparelhos seguindo o princípio da electrohisterografia já
terem sido desenvolvidos, nomeadamente noutros países quer da Europa quer
dos Estados Unidos da América (14-17), o protótipo proposto neste trabalho,
sendo algo de novo, passou por algumas dificuldades no seu processo de
construção.
Um dos problemas que mereceu particular atenção foi a determinação do
dimensionamento do amplificador para que os sinais eléctricos captados não
só pudessem ser processados pelo microcontrolador como também com o
menor ruído possível associado. Tal como referido anteriormente, foi
necessário um aumento de cerca de 10 000 vezes para aumentar a amplitude
específica do sinal pretendido para níveis aptos a serem medidos pelo
microcontrolador.
Outra questão que emergiu na construção deste protótipo diz respeito à
segurança na sua aplicação quer à mulher parturiente quer ao próprio feto.
Apesar do sinal captado ser de baixa voltagem, nomeadamente na ordem dos
0,5 mV, o facto de se ter um eléctrodo (com um componente metálico) em
contacto directo com o corpo humano, pode-se traduzir, se houver um curto-
circuito no equipamento, num risco de consequências fatais com a
consequente descarga eléctrica através dos eléctrodos. Apesar da
probabilidade de tal acontecer ser baixa, tornou-se imperioso a resolução desta
questão que passou por isolar os sistemas de comunicação com o computador
através de circuitos de acoplamento óptico.
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4. APLICAÇÃO EXPERIMENTAL
Reunidos os recursos técnicos necessários para a obtenção do EHG, a sua
respectiva aplicação experimental durante o trabalho de parto necessitará da
obtenção do consentimento informado de ambos os cônjuges (formulário
disponível em anexo) e da autorização do médico especialista do Serviço de
Urgência Obstétrica no qual o dEHGrafo for aplicado. Procede-se, assim, à
instalação do equipamento na sala de partos sendo as etapas procedimentais
até a obtenção do registo gráfico no computador as seguintes:
- Preparação da pele do abdómen grávido: limpeza com um gel
abrasivo e desengordurante (mistura de éter, álcool e acetona) a fim de
diminuir a impedância hidroeléctrica e melhorar a qualidade da recepção
dos sinais eléctricos captados.
- Colocação dos eléctrodos: cada um dos eléctrodos foi numerado de
1 a 8 de acordo com a seguinte localização anatómica específica (figura
14):
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Figura 14 – Esquema ilustrativo do posicionamento dos eléctrodos.
Eléctrodo 1 (Left corn – LC): situado à esquerda da linha
mediana do corpo pretende captar o sinal eléctrico do corno
uterino esquerdo.
Eléctrodo 2 (Rigth corn – RC): situado à direita da linha mediana
do corpo pretende captar o sinal eléctrico do corno uterino direito.
Eléctrodo 3 (Left inferior segment – LIS): situado à esquerda da
linha mediana do corpo pretende captar o sinal eléctrico do
segmento inferior à esquerda.
Eléctrodo 1
Eléctrodo 2
Eléctrodo 3 Eléctrodo 4
Eléctrodo 5
Eléctrodo 6
Eléctrodo 7
Eléctrodo 8
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Eléctrodo 4 (Rigth inferior segment – RIS): situado à direita da
linha mediana do corpo pretende captar o sinal eléctrico do
segmento inferior à direita.
Eléctrodo 5 (Fundic – F): situado na região mediana do corpo,
no hipogastro, pretende captar o sinal eléctrico do fundo uterino.
Eléctrodo 6 (Fetal – eF): situado em região variável, consoante a
apresentação do feto, mas em princípio na linha mediana infra-
umbilical, serve para captar o sinal eléctrico da função cardíaca
fetal.
Eléctrodo 7 (Matern – eM): situado na região pré-cordial
(xifoideia) destina-se a captar o sinal eléctrico da função cardíaca
materna.
Eléctrodo 8 (Neutral – N): colocado na região sacro-coccígea,
pobre electricamente, é o eléctrodo neutro para servir de termo de
comparação ao registo dos restantes eléctrodos.
- Activação do aparelho: o mesmo, depois de conectado ao
computador portátil, é ligado à fonte de energia. Pode seleccionar-se o número
de eléctrodos cujo sinal se deseja captar introduzindo os respectivos códigos
no sistema através do teclado do aparelho.
- Obtenção do registo gráfico: depois de ligado o computador portátil e
captado o sinal dos eléctrodos seleccionados, o registo gráfico de cada um dos
eléctrodos é obtido através do software desenvolvido para o efeito.
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RESULTADOS
O produto final do processo de construção desenvolvido neste trabalho
de investigação deu origem a um instrumento revestido numa caixa metálica
com o seguinte aspecto (figura 15):
Figura 15 – dEHGrafo final, vista superior.
Figura 16 – dEHGrafo final, vista anterior.
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Figura 17 – dEHGrafo final, vista posterior.
Figura 18 – Conexão do dEHGrafo final ao computador portátil.
Trata-se de um aparelho não invasivo, fácil de usar e seguro que, por
intermédio de 5 eléctrodos colocados na parede abdominal, capta e analisa o
sinal eléctrico do músculo uterino. Além disso, com o uso de mais 2 eléctrodos,
um no abdómen e outro na região pré-cordial materna, também a função
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cardíaca fetal e materna, respectivamente, é processada simultaneamente à
monitorização da actividade contráctil uterina.
O sinal eléctrico pretendido, depois de seleccionado por intermédio do
teclado, é submetido a um processo de amplificação e filtragem sendo, por fim,
transferido para a memória do computador portátil onde aparece registado
graficamente ao ser processado pelo programa computacional. Toda esta
monitorização poderá ser efectuada continuamente sendo determinada pelo
utilizador.
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CONCLUSÃO
O diagnóstico do trabalho de parto é, sem dúvida, um dos problemas
mais significativos enfrentados pelos obstetras na actualidade. Os métodos
utilizados para o efeito fornecem apenas estimadores subjectivos, não existindo
nenhum padronizado capaz de avaliar objectivamente a contractilidade uterina.
O protótipo de EHGrafo desenvolvido no âmbito deste trabalho, procura
colmatar alguma lacuna de informação científica que ainda persiste neste
campo tentando satisfazer os seguintes objectivos – o diagnóstico do trabalho
de parto verdadeiro, o estudo da difusão das contracções uterinas e a
integração da função cardíaca materna e fetal (distocia dinâmica).
Diagnóstico do trabalho de parto verdadeiro
Sendo a actividade contráctil do útero directamente proporcional à
actividade eléctrica inerente do músculo uterino, o presente protótipo, ao
registar a amplitude dos potenciais de acção, consegue inferir quais as
contracções associadas ao trabalho de parto verdadeiro e excluir o falso
trabalho de parto.
Com este instrumento é possível a optimização da monitorização uterina
que é usualmente efectuada pela cardiotocografia. Assim, além da frequência,
parâmetros como a intensidade e eficiência das contracções uterinas podem
ser inferidos aumentando o rigor do diagnóstico do trabalho de parto verdadeiro
e das suas anomalias funcionais.
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Um recurso com estas características permitirá determinar quais as
pacientes que irão ou não beneficiar com a tocólise. Os clínicos poderão
começar o tratamento mais precocemente nas pacientes em parto verdadeiro
evitando o tratamento e a hospitalização desnecessários das pacientes com
contracções pré-termo mas em falso trabalho de parto.
Estudo da difusão das contracções uterinas
Outro dos grandes propósitos deste trabalho, no âmbito de aumentar o
conhecimento sobre a fisiopatologia do trabalho de parto, foi o de perceber a
evolução da propagação espacial de cada contracção no útero. Tentando
responder a este requisito, cada um dos eléctrodos abdominais foi
propositadamente posicionado de modo a captar o sinal eléctrico do fundo e
corpo do útero. Desta forma e, adicionalmente ao que foi desenvolvido até aqui
nesta matéria, será possível, através das diferenças de voltagem captadas em
cada eléctrodo, mapear em tempo real o sentido que a contracção está a
seguir. Tal poderá, assim, constituir um recurso importante na compreensão
dos mecanismos inerentes ao trabalho de parto e em todas as investigações
em curso nesta área.
Integração da função cardíaca materna e fetal
Também o facto da função cardíaca materna e fetal ser registada e
processada simultaneamente ao sinal da actividade contráctil uterina é uma
utilidade porém já acessível nos aparelhos disponíveis no mercado. A
correlação entre o estado cardíaco da mãe, a intensidade das suas
contracções para expelir o feto e o estado cardíaco deste, poderá ser
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estabelecida e utilizada como uma ferramenta para melhor entender todo este
processo.
Atendidos todos estes aspectos, o protótipo aqui desenvolvido constitui
um recurso que reúne todas as condições para que o eventual aparelho
definitivo seja passível de ser comercializado e de uso corriqueiro em qualquer
maternidade. Não só iguala todos os benefícios da cardiotocografia – é uma
forma simples e não invasiva de monitorização in vivo da actividade contráctil
uterina e não apresenta qualquer risco para a mãe ou para o feto – como
também encerra as seguintes vantagens adicionais:
- permite uma maior segurança e brevidade no diagnóstico do trabalho de
parto;
- através do estudo da difusão das contracções uterinas, aumenta o
conhecimento da fisiopatologia do parto, nomeadamente a definição dos
mecanismos que regulam a função uterina e cervical neste processo;
- possibilita o estudo das diferentes modalidades de tratamento capazes de
induzir, aumentar ou inibir estes mecanismos;
- previne a tocólise inadequada, diminuindo, assim, o número de
cesarianas;
- melhora a compreensão da relação entre a função cardíaca materna e
fetal com a evolução do trabalho de parto;
- uma vez que ainda não existe um sinal padronizado do EHG, qualquer
investigador que trabalhe na análise deste tipo de sinal poderá utilizar este
ELECTROHISTEROGRAFIA INTRAPARTO CONTRIBUIÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO DE UM PROTÓTIPO MAIO DE 2010
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aparelho e facilmente modificar as características dos seus sinais para
comparar com outros sinais já existentes;
- com este sistema poderá ser criada criada uma futura base de dados
nacional ou internacional do sinal bioeléctrico do EHG onde a investigação
sobre algoritmos da análise deste sinal poderá vir a ser tornada pública.
Em suma, este dEHGrafo constitui um meio que, contribuindo para a
prevenção do parto pré-termo, pode aumentar a taxa de sobrevivência peri-
natal e reduzir não só os nascimentos prematuros bem como o número de
crianças prematuras portadores de deficiências secundárias a complicações do
parto. Recursos humanos, técnicos e financeiros poderão desta forma ser
economizados e reorganizados.
Por tudo isto, o trabalho desenvolvido nesta investigação criou uma
versão inicial de um sistema que, apesar de já ter sido desenvolvido em outros
países, apresenta características inovadoras. Estão assim reunidas as
condições para uma eventual proposta de patenteação, junto com o Professor
Luíz Pereira que o desenvolveu, com o intuito do dEHGrafo final que venha a
ser desenvolvido possa ser aplicado em grande escala quer para fins clínicos
quer para fins de investigação.
Contudo, como qualquer protótipo, a sua utilidade e praticabilidade
necessitam ainda de ser optimizadas de forma a se atenuar o risco de, numa
fase avançada do desenvolvimento do dEHGrafo definitivo, se detectarem
erros ou incoerências que, nesse estadio, se traduziriam em elevados custos
de reconversão. Pretende-se, deste modo, a continuação deste projecto
através da sua aplicação a uma amostra significativa, adequadamente
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seleccionada, de forma a se efectuarem todas as alterações necessárias à
validação do sistema e construção do dEHGrafo final.
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SUGESTÕES FUTURAS
Qualquer protótipo, independentemente da área científica, é criado com o
objectivo de ser testado e planeado antes de uma eventual comercialização. O
protótipo do EHG, desenvolvido neste trabalho, não foi excepção.
Apesar de todos os aspectos considerados e melhorados ao longo de todo
este processo de construção, existem, no entanto, alguns que, por falta de
tempo, poderiam ainda ser melhorados de modo a não só optimizar a
caracterização do sinal eléctrico captado como também a aumentar a
praticabilidade e o conforto na eventualidade de uma aplicação em grande
escala.
Entre estas questões encontra-se a filtragem do sinal. Apesar de neste
trabalho se ter implementado os filtros de baixa e alta frequência, este é um
processo que poderia ter sido efectuada com maior rigor se fosse realizada
uma desconvulsão do sinal eléctrico segundo modelos matemáticos,
nomeadamente os de digital siglan processing.
Outros dos aspectos que poderiam ser melhorados tendo em vista a
obtenção de um aparelho mais competitivo a nível comercial seria a
possibilidade de a comunicação entre o EHG e o computador ser executada
sem fios. Tal permitiria que os sinais eléctricos fossem captados por
radiofrequência ou por via infravermelho permitindo, desta forma, uma maior
independência na monitorização da actividade eléctrica. Vários equipamentos,
por exemplo, em vários quartos de um serviço de internamento, poderiam
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enviar simultaneamente os dados captados para um único terminal que
processaria toda a informação.
Neste protótipo, as instruções de comando necessitam de ser realizadas
no próprio aparelho através da introdução das mesmas no teclado. A
possibilidade de orientar o desempenho do EHG através do software do
computador também aumentaria significativamente a autonomia e
funcionalidade de todo o sistema.
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CONTRIBUTO PESSOAL AO PROJECTO
Como na génese de qualquer outro equipamento, a fabricação do
dEHGrafo, enquanto um instrumento de uso clínico na obstetrícia, foi o
resultado de um trabalho de equipa, no qual a execução técnica, levada a cabo
pelo Professor Luíz Pereira, e o conhecimento médico, introduzido por mim e
pelo Professor Doutor José Martinez de Oliveira, estiveram desde cedo
combinados.
A minha intervenção passou, após a revisão do ponto de situação da
electrohisterografia na actualidade, pelo estudo dos requisitos necessários ao
aparelho a desenvolver, isto é, não só o alerta para os inconvenientes e
lacunas dos dispositivos já existentes como a adição de características
inovadoras cuja utilidade marca a diferença do que já foi construído até agora,
nomeadamente a introdução da vertente dinâmica. Foi, assim, da minha
responsabilidade auxiliar o planeamento das capacidades pretendidas para o
protótipo final.
Acompanhei, igualmente, toda a execução técnica no desenvolvimento
do dEHGrafo pelo Professor Luiz Pereira, para a qual, até ao resultado final,
foram necessários definir vários aspectos médicos com o intuito de melhor
adaptar o aparelho às suas necessidades. Foram alguns destes, a
caracterização do tipo de sinal a captar, nomeadamente no que diz respeito à
sua amplitude e frequência, a afectação da captação do sinal pretendido por
outras variantes e o padrão de propagação das contracções uterinas. A estreita
correlação do fornecimento desta informação com a construção do aparelho
permitiu, assim, definir a personalização de processos como a amplificação e a
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filtragem do sinal eléctrico captado, o número de eléctrodos utilizado e o seu
posicionamento estratégico. Também o layout do registo informático da
monitorização efectuada foi personalizado de acordo com o propósito clínico do
trabalho, ou seja, a necessidade da exibição simultânea da informação captada
por cada uma das fontes sendo sempre possível a selecção das mesmas.
Coube-me, de forma semelhante, a definição das condições da aplicação
experimental do dEHGrafo, nomeadamente as etapas a seguir desde o ínicio
do funcionamento do aparelho até ao registo gráfico final.
Em suma, ao estipular os objectivos propostos para o tipo de EHGrafo
desejado, tentei auxiliar, do ponto de vista médico, as dúvidas e adversidades
que foram surgindo ao longo do processo de construção, estabelecendo a
comunicação entre os vários intervenientes, nomeadamente o Professor Doutor
José Martinez de Oliveira e o Professor Luiz Pereira.
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20) Graça LM. Medicina Materno-Fetal. 3rd ed. Lisboa: Lidel – edições
técnicas, lda; 2005. p. 265-30
Consentimento Livre e Informado
André Viveiros Monteiro, aluno do Mestrado Integrado em Medicina da
Faculdade de Ciências da Saúde da Universidade da Beira Interior, a realizar o
projecto de Investigação intitulado: “Electrohisterografia Intraparto –
Contribuição para o Desenvolvimento de um Protótipo” no âmbito do mestrado
integrado em Medicina, vem solicitar a sua colaboração neste estudo.
Informo que a sua participação é voluntária, podendo desistir a qualquer
momento sem que isso tenha consequências a nível dos cuidados de saúde
prestados pelo CHCB, EPE; informo ainda que todos os dados recolhidos
serão confidenciais.
Ao assinar esta página está a confirmar o seguinte:
Leu e compreendeu todas as informações, e teve tempo para as
ponderar;
Todas as suas questões foram respondidas satisfatoriamente;
Se não percebeu qualquer das palavras, solicitou ao investigador que
lhe fosse explicado, tendo este explicado todas as dúvidas;
Recebeu uma cópia desta informação, para a manter consigo.
_________________________ ______________________
Nome do Doente (Legível) Representante Legal
___________________________________ ________
(Assinatura do Doente ou Representante Legal) (Data)
Consentimento Informado
Ao assinar esta página está a confirmar o seguinte:
Entregou esta informação;
Explicou o propósito do trabalho;
Explicou e respondeu a todas as questões e dúvidas apresentadas pelo
doente.
_________________________
Nome do Investigador (Legível)
__________________________ ___________
(Assinatura do Investigador) (Data)